發(fā)布時間：2020-09-15 08:45

　　 感應式無線電能傳輸具有輻射小、可靠、靈活、無直接物理接觸等優(yōu)點,被廣泛應用在電動汽車、植入式醫(yī)療、消費電子等領域。在一些場合中,除實現能量傳輸外,還需實現信號的復合傳輸,以完成發(fā)送控制指令、反饋測量信號、實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)信息等功能。由于現有的無線能量與信號傳輸系統(tǒng)大多采用分離通道傳輸能量與信號,增加系統(tǒng)體積與復雜度。且普遍采用低階補償,具有電路靈敏度過高,不易實現ZVS軟開關等缺陷。同時現有的文獻關于能量與信號傳輸的串擾,能量傳輸回路高次諧波對信號傳輸影響的分析較少。針對上述問題,本文基于傳統(tǒng)ICPT系統(tǒng),設計一種通過共用同一松耦合變壓器,無需增設信號傳輸線圈,并采用高階補償網絡保證能量穩(wěn)定傳輸的同時完成信號的復合傳輸。本文首先通過Maxwell對松耦合變壓器進行建模、仿真分析,確定其最優(yōu)參數。同時利用基波分析法,對能量傳輸回路的S/LCC高階補償網絡的靜態(tài)工作特性、輸入阻抗特性、輸出特性等進行分析設計,實現能量高效、穩(wěn)定的傳輸;而后選擇幅移鍵控調制方式,對信號傳輸回路各部分的阻抗特性、信號傳遞函數、信號傳輸信噪比及信號傳輸速率等特性進行探究,總結決定相關特性的主要因素,同時設計相應的信號調制電路與信號解調電路,確保信號的準確穩(wěn)定傳輸;隨后對能量與信號復合傳輸系統(tǒng)的綜合性能進行探究,包括:不對稱處理電路以實現MOSFET的ZVS軟開關,降低能量信號傳輸之間的串擾,并分析能量傳輸回路中的逆變與整流環(huán)節(jié)的高次諧波對能量傳輸以及信號傳輸的影響,驗證所設計的系統(tǒng)對兩種高次諧波均具有良好的抑制性能。最終搭建了感應式無線能量與信號復合傳輸的系統(tǒng)樣機,原、副邊無線傳輸距離10cm下,能量傳輸回路額定功率50W時,系統(tǒng)效率達到86.2%,且實現了ZVS,同時實現信號的復合傳輸,在ASK編碼“11001110”下,傳輸速率40kbps,信號接收端的信噪比為-3.01d B,驗證了方案的可行性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM724
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文耦合系數偏低(小于 0.3)，通常稱之為松耦合變壓器。 U 形、E 形和罐形等普通的變壓器磁芯[17]，但在大氣的耦合系數急速下降，耦合效果不理想，且抗偏移能取而代之。奧克蘭大學研究團隊對應用于電動汽車領域的松耦合研究。首先提出一種圓盤形磁耦合機構[18]，如圖 1-1(a加變壓器耦合系數，并通過大量仿真分析了磁芯的分外形等因素對變壓器耦合性能的影響，總結了松耦合方案，對本文的磁設計有借鑒意義。但該圓形松耦合敏感，隨后提出 DD(Double D Type)型以及 DDQ 型變，提高了變壓器的抗偏移能力。為減小 DDQ 線圈的損，Zaheer A.提出了一種 BBP 型線圈結構如圖 1-1(d)提出的 DD-DDQ 結構在電動汽車領域應用最為廣泛。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文感以減小系統(tǒng)無功，提高系統(tǒng)效率。如圖 1-2 所示為四種最為經典拓撲，依次為 S/S、S/P、P/S、P/P。利用 LC 串聯(Serial)與并聯(P的原理，如 S/P 代表原邊采用串聯諧振補償電容、副邊采用并聯諧的拓撲結構。文獻[26]采用基波分析法，提出了上述四種低階補償方法，并分析了系統(tǒng)頻率特性。文獻[27]分別比較分析了副邊采用補償電容時的恒壓或恒流輸出特性。低階補償往往存在系統(tǒng)輸出電益不可調、諧振元件靈敏度高、效率低等缺點，為解決上述問題，撲應運而生。

松耦合變壓器承擔著能量與信號的發(fā)射與接收任務。本章通過建立磁耦合機構的等效電路模型以及分析其能量傳輸特性，對平面型松耦合變壓器的結構、線圈參數進行仿真與優(yōu)化設計。同時為減小系統(tǒng)無功分量，提高系統(tǒng)效率，提出 S/LCC 補償拓撲，對簡化后的復合系統(tǒng)的能量傳輸回路進行基波分析，探究能量傳輸特性、輸出特性及輸入阻抗特性等，對系統(tǒng)參數進行計算與優(yōu)化。2.1 能量與信號復合傳輸系統(tǒng)結構簡介感應式無線電能傳輸技術其基本工作原理為：輸入直流電經過逆變環(huán)節(jié)轉為一定頻率的交流電。松耦合變壓器作為磁場能量與電場能量相互轉換的介質，在松耦合變壓器的發(fā)送線圈中，根據電磁感應原理，將一定頻率的交變電流轉換為變化的磁場，完成電場能量-磁場能量的轉換，變化磁場中的能量在松耦合變壓器的接收線圈中，通過電磁感應產生相應頻率的交變感應電流，完成磁場能量-電場能量的轉換，并通過副邊整流濾波電路供給負載側使用，實現能量的傳遞。ICPT 系統(tǒng)結構如下圖所示，由四個電氣組成部分構成，分別為：逆變電路、原副邊補償電路、松耦合變壓器以及整流濾波電路。

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 王智慧;胡超;孫躍;戴欣;;基于輸出能效特性的IPT系統(tǒng)磁耦合機構設計[J];電工技術學報;2015年19期

2 侯佳;陳乾宏;任小永;阮新波;Siu-Chung Wong;Chi K.Tse;;S/SP非接觸諧振變換器的時域特性分析[J];中國電機工程學報;2015年08期

3 侯佳;陳乾宏;嚴開沁;李明碩;張強;阮新波;;新型S/SP補償的非接觸諧振變換器分析與控制[J];中國電機工程學報;2013年33期

4 張建偉;曹彪;;EE型松耦合變壓器的精確磁路模型和仿真分析[J];電子設計工程;2013年11期

5 戴欣;余奎;孫躍;;CLC諧振型感應電能傳輸系統(tǒng)的H_∞控制[J];中國電機工程學報;2010年30期

6 張巍;陳乾宏;S.C.Wong;Michael Tse;曹玲玲;;新型非接觸變壓器的磁路模型及其優(yōu)化[J];中國電機工程學報;2010年27期

7 周錦鋒;孫躍;蘇玉剛;戴欣;翟淵;;感應耦合電能與信號同步傳輸技術[J];重慶工學院學報(自然科學版);2009年04期

相關博士學位論文 前1條

1 胡超;電動汽車無線供電電磁耦合機構能效特性及優(yōu)化方法研究[D];重慶大學;2015年

相關碩士學位論文 前7條

1 欒盈盈;人工心臟無線供電裝置研制[D];重慶大學;2016年

2 閆鵬旭;基于共享通道的ICPT系統(tǒng)能量信號并行傳輸技術研究[D];重慶大學;2016年

3 王洋;磁耦合諧振式無線電能與信息同步傳輸技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 張寧;基于耦合線圈復用的ICPT系統(tǒng)能量信號分時傳輸技術[D];重慶大學;2015年

5 趙崇文;一種基于電磁耦合的無線能量/信號頻分復合傳輸方法研究[D];浙江大學;2014年

6 張愛國;感應式電能和信號同步傳輸技術的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

7 孫旦;基于無線能量傳輸的溫度傳感系統(tǒng)實現[D];浙江大學;2010年

本文編號：2818752